基于生物质的一次性产品（BB-SUPs）占城市固体废物（MSW）的很大比例，并且这一比例还在不断增加。这类产品主要分为生物聚合物和生物纤维产品。在生物聚合物中，聚乳酸（PLA）最为突出，2024年全球生物塑料产量为247万吨，其中PLA占比达到37.1%，预计这一比例还会继续增长（欧洲生物塑料协会，2024年）。PLA主要用于一次性食品包装、餐具和杯子，因此直接进入城市固体废物流。
同样，生物纤维产品也构成了大量的废物。全球每年用于这些产品的纸浆消耗量达到1.75亿吨（Amberla和J?rvinen，2024年）。然而，由于污染或材料成分的原因，其中大部分废物不适合传统的回收方式，因此成为厌氧消化等替代利用途径的理想候选对象。我们的研究重点关注这些具有挑战性的废物流的代表性类型。选择层压纸来代表普遍存在的食品包装材料，这类材料通常含有有机残留物，并且常常带有聚合物涂层，使其不可回收。擦拭纸被选为高产量卫生纸制品（如纸巾）的替代品，这类产品设计上就是不可回收的，并且占消费后纸废物的很大一部分。卫生纸被纳入研究，以探讨纤维结构的影响。其较低的湿强度和快速分解的特性为更耐用的层压纸和擦拭纸提供了有价值的对比。
在当前追求可持续发展和循环经济的背景下，用基于生物质的替代品取代传统的石油基产品是一个明确的趋势（Vinod等人，2020年）。这些BB-SUPs的生产和消费也日益普遍。然而，从生命周期管理的角度来看，由于目前的努力主要集中在天然生物废物（如食物垃圾）上，通过生物精炼来利用这些BB-SUPs的潜力很大程度上被忽视了。这些BB-SUPs的主要处理方法是焚烧或填埋（Wojnowska-Baryla等人，2020年），从而浪费了它们的升级潜力。从实现产品升级的角度来看，厌氧发酵用于生产有机酸是最有前景的处理方法（Luo等人，2022年）。发酵的目标产品主要是低分子量的有机酸，包括挥发性脂肪酸（VFAs）（Yesil等人，2021年）和乳酸（Chen等人，2022年；Probst等人，2015年）。
生物聚合物最初是作为不可降解塑料的替代品开发的（Haider等人，2019年）。除了解决塑料污染问题外，用可降解替代品替代不可降解塑料也被认为是实现绿色循环经济的潜在途径（Rosenboom等人，2022年）。然而，生物聚合物的可降解性目前很大程度上取决于具体的降解环境（Haider等人，2019年）。可降解塑料的预期降解环境与其实际生命周期处理途径之间可能存在差距。例如，为工业堆肥设施设计的可堆肥聚合物可能无法轻易地整合到那些工业堆肥不是主要生命周期处理选项的地区（Su等人，2024年）。因此，考虑如何有效地将生物聚合物整合到城市废物管理系统中以实现资源价值化至关重要。一种重要的策略是将生物聚合物与其他有机固体废物进行厌氧消化（Zhao等人，2024年）。PLA作为一种代表性的生物聚合物，可以通过与污泥的厌氧共消化来实现价值化。已有文献记录了在试点规模上通过与污泥共消化生产甲烷的可行性（Akimoto等人，2025年）。相比之下，聚对苯二甲酸丁酸酯（PBAT）材料在厌氧消化过程中不易成功降解（Peng等人，2022年）。
对于生物纤维模制产品，直接再利用是优先的生命周期管理策略。例如，废纸回收的主要方法是重新制浆用于造纸（Liu等人，2020年）。然而，这种方法需要非常干净的废纸才能保证回收纸的质量（?i?ekler和Tutu?，2023年）。一次性纸制品，如纸巾、纸盒和纸杯，通常会受到有机物质（如使用过程中的食物和油脂）的污染，使其不适合直接再利用。因此，探索废纸的可持续生命周期管理策略是必要的（Abushammala等人，2023年）。除了传统的处理方法（如焚烧或填埋）之外，将废纸转化为生物复合材料（Haile等人，2021年）或通过生物精炼转化为平台化学品（Nzediegwu和Dumont，2021年）也是一种可行的资源回收途径。此外，将纸与其他有机固体废物（如污泥）进行共消化也是一种重要的资源价值化方法（Nishimura等人，2016年）。污泥可以作为碳源、营养源和pH缓冲剂，促进高效的生物转化过程（Nishimura等人，2017年）。与生物聚合物不同，纸含有木质素。木质素是一种更难降解的成分，会阻碍纸废物的有效水解，而水解是其生物转化所必需的（Veluchamy和Kalamdhad，2017年）。
BB-SUPs的生物转化通常通过与其他城市有机固体废物的共消化来实现（Su等人，2024年）。这些有机固体废物为生物转化过程提供了发酵基质。共消化因其能有效解决单一废物类型消化过程中的固有局限性而得到广泛应用（Azevedo等人，2023年）。食物垃圾（FW）和活性污泥（AS）是最常用的共消化有机废物。食物垃圾在城市地区持续产生，主要来自餐厅和家庭厨房的废弃物（Jain等人，2015年）。随着城市污水处理基础设施的进步，与污泥管理相关的挑战仍然存在，并且变得越来越严重（Shanmugam等人，2022年）。这两种有机废物流都具有相当大的资源潜力（Li等人，2024年）。在实际工程应用中，FW和AS通常采用厌氧发酵进行生命周期管理（Pasciucco等人，2023年）。相比之下，AS具有更多样的微生物群落和更强的水解能力。然而，在有机酸生产过程中，底物酸化是决定产品产量的关键因素（Atasoy等人，2018年）。食物垃圾通常被认为是一种容易酸化的底物。而AS由于含有较少的易降解有机成分，其酸化程度有限。这一特性使得AS作为单一底物用于有机酸生产时不太理想（Ucisik和Henze，2008年）。对于BB-SUPs，共消化过程可以降低材料的疏水性并促进表面微生物的富集（Peng等人，2024年）。此外，如热碱处理等预处理方法可以降低聚合物的分子量并形成表面多孔结构，从而加速微生物对塑料的利用（Nie等人，2024年）。
在共消化过程中，基于生物质的材料会影响发酵液体的性质。首先，发酵产物的变化直接影响目标产品的产量和纯度。人们普遍认为，共消化可以解决单底物消化过程中出现的底物特性和系统优化问题（Siddique和Ab Wahid，2018年；Tyagi等人，2018年）。基于生物质的材料有助于防止氨的抑制并促进优势菌株的富集（Zhang等人，2022年），从而提高发酵过程中的有机酸产量。同时，研究表明，共消化过程中存在的微塑料会通过产生活性氧物质抑制消化过程，进而降低细胞活力（Wei等人，2019年）。总之，基于生物质的材料对共消化过程中酸化的影响及其内在机制仍需进一步研究。应该考虑将发酵液的厌氧发酵过程分为不同的阶段，如水解、糖酵解和酸生产（Wang等人，2023年）。分离这些过程有助于更详细地研究发酵过程。
此外，将基于生物质的材料引入发酵液中还会影响其物理形态，从而影响发酵液的物理过程，如混合和脱水。对于污泥和FW消化液，脱水难度是影响增值产物分离和残渣最终处理的关键因素（Li等人，2024年）。典型的厌氧消化过程可能导致脱水性能下降（Novak，2010年），因为会释放大量有机物，尤其是类似蛋白质的有机物（Novak等人，2003年）。在此过程中加入基于生物质的材料可能会产生两种潜在效果：一种是调节作用，可以提高脱水性能（Qi等人，2011年）；另一种是所加入的材料可能会吸水膨胀，从而阻碍脱水过程（Lorenzen等人，2014年）。因此，也需要研究共消化对脱水性能的影响。
本研究介绍了一种新的共消化策略，用于将PLA和废纸升级为高价值的有机酸。通过系统研究它们的协同效应，我们展示了改进的处理性能和脱水能力，为支持循环生物经济的可持续生物精炼方法提供了见解。
